Nội dung

Chương 8 Cung cấp điện hầm mỏ 8.1. Khái quát chung Việc khai thác ở các hầm mỏ là một một trong những công việc hết sức nặng nề và nhiều nguy hiểm. Hiện nay phần lớn các công đoạn sản xuất trong các khu vực hầm mỏ đã được cơ giới hóa và điện khí hóa với việc trang bị các thiết bị, máy móc chuyên dụng. Vấn đề trang bị điện trong hầm mỏ có rất nhiều điểm khác biệt, đòi hỏi hệ thống cung cấp điện phải có những đặc thù riêng phù hợp với các điều kiện trong khu vực hầm mỏ. 8.1.1. Đặc điểm của việc thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ có những nét đặc trưng rất cần được xét đến trong quá trình thiết kế và vận hành, dưới đây là một số đặc điểm cơ bản nhất: 1) Phụ tải ở khu vực khai thác mỏ phân tán trên một phạm vi rộng và ở các độ sâu khác nhau. 2) Các thiết bị điện hầm mỏ hầu hết đều làm việc trong các điều kiện nặng nề: độ ẩm cao, môi trường bụi với các hổn hợp khí dễ phát sinh ra cháy nổ như hổn hợp khí metan. Độ giàu khí tương đối trung bình ở các hầm mỏ than khỏang 79,6 m3/tấn than. Bởi vậy tất cả các thiết bị điện trong hầm mỏ phải có cấu trúc đặc biệt, tức là có khả năng bảo vệ chống cháy nổ, nhất thiết phải loại bỏ khả năng phát sinh tia lửa điện hoặc hồ quang trong quá trình làm việc. 3) Sự giới hạn của không gian nơi làm việc trong hầm lò buộc phải sử dụng các thiết bị có kích thước nhỏ gọn. 4) Những công việc trong các hầm lò được đặc trưng bởi sự nguy hiểm điện giật lớn, bởi vậy việc cung cấp điện phải gắn liền với vấn đề an toàn lao động. Ch.8. CCĐHầm mỏ 229 5) Sự đa dạng của các chế độ làm việc của các thiết bị điện và các cơ cấu dẫn đến sự không ổn định của phụ tải, sự dao động điện áp lớn do các động cơ công suất lớn khởi động gây nên. 6) Tuyệt đại đa số các cơ cấu máy móc được hoạt động với sự trợ giúp của các động cơ dị bộ rotor ngắn mạch. Các điều kiện vận hành của chúng rất khác biệt so với các động cơ bình thường, không chỉ vì điều kiện đặc biệt trong hầm mỏ mà còn do đặc điểm của các quá trình công nghệ ở hầm lò. 8.1.2. Yêu cầu đối với thiết kế cung cấp điện hầm mỏ Với những điều kiện làm việc khắc nghiệt, buộc hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải được thiết kế và xây dựng phù hợp. Cũng như đối với hệ thống cung cấp điện bất kỳ nào, hệ thống cung cấp điện cho các tầng lò cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Chất lượng điện cao nhất, tức là giá trị điện áp và tần số trên đầu vào các hộ dùng điện luôn nằm trong giới hạn cho phép; - Cung cấp điện liên tục (độ tin cậy cung cấp điện cao); - Kinh tế và an toàn; - Tổn thất trong mạng điện thấp nhất. Ngoài những yêu cầu trên, do đặc điểm khác biệt, mạng điện hầm mỏ còn đòi hỏi một số yêu cầu khác là: - Tính cơ động và linh hoạt cho các thiết bị điện di động (máy đào, tổ hợp khai thác, máy san, thiết bị bốc dỡ, tời, băng tải v.v.); - Sử dụng các thiết bị được chế tạo đặc biệt chống cháy nổ, ẩm ướt v.v.; - Kích thước tối thiểu do không gian chật hẹp trong hầm lò; - Độ bền cơ học cao, có khả năng chống rung cao. Hệ thống cung cấp điện cần phải được lập kế hoạch để đảm bảo sự phát triển của sản xuất mà không cần đến quá trình cải tạo hệ thống điện trong quá trình vận hành ở giai đoạn tính toán. Thêm vào đó các tham số của hệ thống cần phải được giám sát và điều chỉnh để có thể đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất. Hệ thống cung cấp điện hầm mỏ phải được trang bị các phương tiện Ch.8. CCĐHầm mỏ 230 bảo vệ tác động nhanh, đảm bảo sự an toàn tối đa và sự làm việc tin cậy của các phần tử hệ thống. Các sơ đồ cung cấp điện phải được xây dựng đảm bảo yêu cầu cung cấp điện cho các loại phụ tải thích hợp. Dưới góc độ tin cậy cung cấp điện phụ tải điện hầm mỏ được phân thành ba loại: - Loại I bao gồm: buồng nâng hạ (thang máy, máy quạt của tất cả các hệ thống thông thoáng, máy bơm và các cơ cấu phòng cứu hỏa, thiết bị của hệ thống khử khí, thiết bị nồi hơi v.v. Phụ tải loại I chỉ được phép mất điện không quá thời gian tự động đóng nguồn dự phòng. - Loại II bao gồm: xe kíp nâng hạ, máy hút chân không, tổ hợp công nghệ, thiết bị của xí nghiệp tuyển khoáng, các thiết bị chính của các điểm dân cư v.v. Phụ tải loại II chỉ được phép mất điện không quá thời gian đóng nguồn dự phòng bằng tay. - Loại III gồm: các phương tiện giao thông, phân xưởng cơ khí, nhà kho, chiếu sáng trong nhà v.v. 8.2. Các hộ tiêu thụ điện hầm mỏ 8.2.1. Các thiết bị điện trong hệ thống khai thác Việc khai thác quặng, than được thực hiện bởi các máy đào, máy xúc v.v. Máy đào là thiết bị được sử dụng rất rộng rãi để đào bới, xử lý đất (hình 8.1). Chúng có thể có nhiều dạng khác nhau: Máy đào rotor băng truyền có kết cấu đơn giản nhưng rất cơ động. Thiết bị này khai thác nhờ một rotor quay, có thể đồng thời theo chiều dọc và chiều ngang. Thiết bị được cung cấp điện bởi đường cáp mềm lấy từ trạm biến áp di động hoặc tĩnh tại. Công suất tiêu thụ của máy đào tùy thuộc vào từng loại, dao động trong khoảng vài trăm đến vài ngàn kW. Các máy đào làm việc theo chế độ liên tục được phân loại: máy đào dọc kiểu xích; kiểu quay; kiểu cày và máy đào ngang. Máy đào dọc có năng suất cao hơn so với máy đào ngang, nhưng có kích thước lớn hơn vì vậy chúng được sử dụng ở các địa hình rộng rãi. Máy đào kiểu cày được sử dụng ở địa Ch.8. CCĐHầm mỏ 231 hình mở chủ yếu để đào các kênh dẫn. Máy đào kiểu ngang được thiết kế với bộ phận làm việc kiểu xích và thường được sử dụng để khai thác vật liệu xây dựng như cát, đất sét v.v.). Các máy đào sử dụng để khai thác mỏ được cung cấp điện từ trạm biến áp hoặc trạm tiếp nối di động điện áp 36 kV. Hình 8.1. Dạng bao quát của máy đào trong hầm lò khai thác Bảng 8.1. Tham số kỹ thuật của các máy đào Tham số kỹ thuật EKG-5A EKG1500K Tốc độ di chuyển, 0,55 0,88 km/h Năng suất, m3/h 1000 5600 Công suất động cơ, 250 2500 kW Điện áp, kV 3,3; 6 6 Ch.8. CCĐHầm mỏ 232 ЭР1500 0,48 ЭРШР4500/25 0,12 1500 320 4500 1000 6 6 8.2.2. Thiết bị vận chuyển trong hầm mỏ a) Băng tải Trong giới hạn của các khối từ vỉa làm sạch và vỉa chuẩn bị đến bề mặt ngang 620 m của đường vận chuyển than áp dụng băng truyền. Ở các điểm chất tải thường có bố trí một khoảng tích trữ. Sự vận chuyển khoáng vật ở vỉa tầng 620 m được thực hiện bằng băng truyền kép (băng xuyên vỉa chính). Ở các đoạn mở lò chuẩn bị khai thác, các băng chuyền kiểu cào loại СР-70 được sử dụng và tiếp đó là các đoạn băng tải kiểu 1L80 hoặc 2L80. Các thiết bị và vật liệu của vỉa ở độ sâu khác được đưa đến từ mặt ngang 620 m bằng máy nâng BM-2500. b) Máy nâng hạ di động Ở công trường hầm mỏ các loại máy nâng hạ di động được sử dụng khá nhiều, phụ thuộc vào độ sâu của tầng lò và khối lượng thùng nâng hạ các máy có công suất khác nhau như: МПП-6,3; МПП-9; МПП-17,5 v.v. Mỗi loại máy bao gồm từ nhiều bloc dạng cabine, ví dụ: МПП-6,3 – có hai, МПП-9 – bốn, МПП-17,5 – bảy. Các tham số kỹ thuật của máy nâng hạ được thể hiện trong bảng 8.2. Bảng 8.2. Tham số kỹ thuật của các thiết bị nâng hạ Tham số kỹ thuật МПП-6,3 МПП-2,5x2 МПП-6,3 МПП-6,3 Tốc độ nâng, m/s 5 6,7 7 8 Độ cao cực đại, m 390 760 1070 1170 Loại động cơ AK-12AKH-2-15-57AKZ-13AKZ-1339-6 10 46-6 46-6 Công suất động cơ, 320 630 630 630 kW Số lượng động cơ, 1 1 1 2 cái Ch.8. CCĐHầm mỏ 233 a) b) Hình 8.2. Vận chuyển sản phẩm ở khu vực mỏ: a) Tời; b) băng truyền 8.2.3. Các thiết bị thông thoáng Quá trình thông thoáng được duy trì để trao đổi liên tục không khí trong hầm lò, nhằm loại bỏ bụi than, các loại khí độc hại, thải nhiệt lượng và ẩm độ thừa v.v. Sự trao đổi không khí được thực hiện với sự trợ giúp của các máy quạt và hệ thống dẫn khí. Hệ thống thông thoáng có thể là: trung tâm, hút, xả hoặc kết hợp. Không khí tươi được đưa vào để thông gió cho các vỉa khai thác, và đưa đến các đường dẫn chính và các đường dẫn phụ. Khối máy quạt di động dùng để thông thoáng cho hầm lò ở độ sâu đến 1400m. Nó có cấu tạo gồm máy quạt, khối điều khiển, cơ cấu đảo chiều. Máy quạt được trang bị động cơ dị bộ kiểu công suất 60150 kW, tốc độ 485  1480 vòng/phút. Sơ đồ thông thoáng hầm lò có thể được thực hiện theo nhiều phương thức (hình 8.3): Phương pháp xả: Không khí tươi được đưa xuống đáy hầm theo đường dẫn và từ đó tự phân tán lên trên (hình 8.3a); Phương pháp hút: Máy quạt hút không khí từ đáy hầm theo đường dẫn (hình 8.3.b); Phương pháp kết hợp: Trao đổi không khí ở hầm lò được thực hiện bằng cả máy hút và Ch.8. CCĐHầm mỏ 234 máy xả (hình 8.3c). Dạng bao quát của các thiết bị trong hệ thống thông thoáng hầm lò được thể hiện trên hình 8.3d. a b c d Hình 8.3. Sơ đồ thông thoáng hầm lò a) Phương pháp xả; b) Phương pháp hút; c)Phương pháp hổn hợp; d) Dạng bao quát của thiết bị thông thóng hầm mỏ 8.2.4. Bơm thoát nước Hệ thống thoát nước từ các hầm lò (hình 8.4) bao gồm trạm bơm thoát nước chính 3, hố chứa điều chỉnh 1 và hố chứa sự cố 6, giếng thu nhận nước 8, bể lắng sơ bộ 2, bơm hút thủy động 9 và 10, bơm thủy động khai thác 4, hố thu nước thủy động vận chuyển 7 và bể lắng bùn 5. Hệ thống thoát nước làm việc theo nguyên lý sau: nước mỏ theo các rãnh dồn về bể lắng sơ bộ 2, ở đó các phần tử rắn được lắng xuống. Từ bể lắng sơ bộ nước được dồn đến giếng trung tâm 8, sau khi đã chất đầy bể, nước chảy qua các rãnh vào bể thu nhận 1. Khi nước ngập đến mức cao của vạch giới hạn, máy bơm 3 sẽ tự động ddonhs vào làm việc. Một phần nước từ đó chảy về phía bơm hút thủy động 10, bơm này sẽ đưa nước từ hố chứa điều chỉnh 1 đến giếng trung tâm 8. Nếu vào thời điểm khởi động của bơm mức nước đạt Ch.8. CCĐHầm mỏ 235 giới hạn vạch trên, thì một phần từ máy bơm chính sẽ chảy về phía hố thu thủy động vận chuyển 7, ở đó nước được gạn ra và các phần tử rắn được chuyển vào hố lắng 5 dưới dạng bùn loãng. Khi mức nước ở hố rút xuống thấp hơn ngưỡng dưới thì máy bơm sẽ ngừng hoạt động. Sau đó một phần nước từ máy bơm sẽ chảy đến bơm thủy động khai thác 4 trong một khoảng thời gian nhất định và nó sẽ gạn các phần tử rắn vào bể lắng 5. Sau một khoảng ấn định trước sự chuyển nước này sẽ ngừng và quá trình tiếp theo chỉ còn một máy bơm chính 3 và bơm hút thủy động 10 làm việc. Sau đó thì chu trình làm việc của tổ hợp thoát nước được lặp lại. Hình 8.4. Sơ đồ tổ hợp thoát nước hầm mỏ 1- hố chứa điều chỉnh; 2 - bể lắng sơ bộ; 3 - trạm bơm thoát nước chính; 4 - Bơm thủy động khai thác; 5 - Bể lắng bùn; 6 - Hố chứa sự cố; 7 - Hố thu nước thủy động vận chuyển; 8 – Giếng gom nước; 9 và 10 - Bơm hút thủy động. Các loại máy bơm sử dụng ở hầm mỏ có có thể là máy bơm trục đứng (hình 8.5a) hoặc máy bơm trục ngang (hình 8.5b) công suất từ vài chục đến Ch.8. CCĐHầm mỏ 236 vài trăm kW. Công suất máy bơm được lựa chọn phụ thuộc vào chiều cao cột nước H và lưu lượng nước Q (hình 8.6) hút xả hút b) a) xả Hình 8.5. Các máy bơm thoạt nước hầm lò a) Máy bơm trục đứng; b) Máy bơm trục ngang 8.2.5. Thiết bị chiếu sáng Ở các lối đi của hầm lò được bố trí hệ thống chiếu sáng với các loại đèn có công suất 100500 W, điện áp 127 hoặc 220 V. Sơ đồ kết cấu đèn chiếu sáng được thể hiện trên hình 8.7. Việc tính toán chiếu sáng trong tầng lò khai thác có thể thực hiện theo các phương pháp khác nhau. Căn cứ vào độ rọi yêu cầu có thể xác định khoảng cách trung bình giữa các đèn như sau: Điểm làm việc Hình 8.6. Các đặc tính của máy bơm 2 1 3 4 Ch.8. CCĐHầm mỏ 5 237 Hình 8.7. Kết cấu đèn chiếu sáng hầm lò: 1 – đầu vào đui đèn; 2 – dây treo đèn; 3 – đui đèn; 4 – bóng đèn; 5 – chụp đèn Đối với tầng khai thác khoảng cách giữa các đèn được chọn là Lđ1 = 58 m, theo đường tời nghiêng là Lđ2 = 78 m, ở điểm tập kết không dưới 3 đèn. Như vậy số lượng đèn cần thiết được xác định theo biểu thức: nđ  l1 l2  l3 ntk    N i đèn; Lđ 1 Lđ 2 i 1 (8.1) Trong đó: l1 - chiều dài tầng khai thác là, m; l2 - khoảng cách từ cửa sổ tầng khai thác đến đoàn tàu vận chuyển, m; l3 - khoảng cách đến thiết bị chất tải, m; Ni – số lượng đèn cần thiết ở điểm tập kết thứ i; ntk – số lượng điểm tập kết sản phẩm. Công suất đặt của đèn chiếu sáng: Pcs= nđPđ.10-3, kW; Công suất tính toán của mạng điện chiếu sáng có xét đến hiệu suất của đèn và mạng điện được xác định theo biểu thức: Ch.8. CCĐHầm mỏ 238